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锚系计算机辅助模拟试验与锚唇生产设计.pdf

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5000CarsPCTC拉锚计算机模拟试验与锚唇生产设计 总结报告 联系人地址： 刘志强 江苏科技大学机械与动力工程学院（江苏省镇江市梦溪路2号，212003） E-mail:liuecsi@126.com 研究方向：船舶辅机设计及制造装备、船舶企业信息化技术研究与应用 江苏科技大学现代设计技术研究所 2009.1.20 1 辑要 本研究从提高效率和减少成本角度出发，利用计算机模拟实验技术对5000 CarsPCTC拉锚试验问题进行了深入研究，实验的目的是确定锚链管与船体中线 面的夹角以及与基线面的夹角是否合适，锚唇贴合状态以及收放锚是否合理。 锚系统的设计和选型都是凭经验完成的，特别是锚台及锚唇的设计，对每一 艘船舶都有不同的使用要求，因此其尺寸、形状和布置均会有所差异，需要通过 模型拉锚试验来检验设计结构的合理性。如何迅速解决锚唇的设计与试验，是船 舶企业面临的紧迫问题。 大抓力锚是大吨位船舶的优选设备，因其重量小、抓力大等优点被国内外船 东所认可。大抓力锚重心是在转轴之上，所以锚唇的设计很重要，不然有可能会 导致锚收紧的时候不能跟锚唇贴合。目前，我国船舶大抓力锚锚唇和锚台的设计 很多情况是委托国外企业或院所，不仅使船舶造价增加，还造成交船期不能保证， 造船企业市场竞争力下降。 首制船在设计锚系布置图时，图纸中一般都要求做拉锚模型试验。一般都是 把锚和锚台、锚唇或锚穴按照一定比例缩小，制作模型，做实验。虽然现在许多 船厂从成本和时间的角度，已不做了。但如万一有问题，后期的修改工作量巨大， 现场花费的人工费用、钢板材料费、生产进度的损失等消耗也是一个不小成本。 另外，由于打住大抓力锚的重心位置较高，锚爪更易内翻。对于它的锚系布 置要多加注意，所有的锚在实船起锚时，都会发生锚爪内翻的情况，这就是要求 在做拉锚模型试验时，将锚爪人为设置为内翻的情况以校核锚系布置。 本研究运用UG实现了5000CarsPCTC锚系三维模型的虚拟设计和虚拟装 配，并利用UG的motion模块对锚系起锚运动和锚-锚唇贴合状态进行了计算机 仿真试验研究。此项技术可以代替制作木模进行模拟拉锚确定设计方案的方法， 提前预示实际安装时贴合不合理的情况出现，具有节省成本、减少工期、便于 修改设计的优点，是值得在船舶行业推广使用的技术。 2 0引言 船舶收放锚的运动轨迹是一个十分复杂的过程，是影响船舶航行安全非常重要的项目， 若锚链筒和锚唇的设计与锚系选型匹配不当，当锚在被拉紧之前可能出现的异常情况以及导 致的不良影响。 目前国内各船厂采用的方法是通过反复制作木模进行拉锚试验，根据试验结果对锚链 筒、锚台和锚唇的位置和形状进行修正，直达到理想的效果。每次调整设计结果后，都必须 重新制造木模，要消耗大约五立方米的木材和大量的人力和时间。因此，采用虚拟样机技术 确定锚链筒的位置和锚唇形状，从而摆脱拉锚试验，其经济效益是可观的。 如何提高锚系的优化选型及锚唇的结构优化设计的效率，是当前船舶锚系方案设计所面 临的重要问题。本研究根据当前船舶锚系生产和设计中所存在问题的基础上，利用UG软件提 供的强大的辅助设计和分析功能作为仿真开发平台。在建立三维模型的基础上，采用虚拟样 机仿真技术，并以5000CarsPCTC的锚系为例，对大抓力锚和锚唇的贴合状态进行CAE运动 仿真试验研究，根据计算机仿真分析结果修改锚系设计，从而代替制作木模进行模拟拉锚确 定设计方案。 开始 船艏三维建模 经验 船型初始设计 锚三维建模 锚唇（包括锚链 筒）初始设计 制造木模重新设计锚唇（包括锚链 筒）参数化三维建 模 计算机运动仿N调整 不吻合真参数 拉锚试验 Y 吻合 制造 实际制造结束 传统锚唇设计与木模实验图计算机虚拟仿真拉锚实验流程图 15000CarsPCTC锚系虚拟样机的建立 本文选用UGSPLMSolution公司的UGNX软件建立机构的三维模型，先对组成5000 CarsPCTC锚系的锚-锚链-锚唇的主要特征进行分析，并根据锚唇初步方案设计的结构尺 寸，以及选用的锚及锚链尺寸，在UG中利用CAD模块建立零件精确的三维实体模型，然后 在UG中利用装配模块完成5000CarsPCTC锚-锚链-锚唇-船艏的装配，最后转入CAE运 动仿真分析模块对其进行运动和贴合状态仿真分析。 1.1三维几何模型的建立 其中大抓力锚为外购件，根据供应方提供的工程图进行三维建模，并对锚链筒、锚唇、 船艏三维建模，目的是在船艏上确定锚链筒安装位置。如图1所示，（a）为平面布置图，（b） 3 为三维装配图。 （a）平面布置图（b）三维装配图 ①-锚机，②-锚链，③-锚链筒，